CN111037073A - 用于对工件进行电阻焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件（121、122）进行电阻焊接的方法，其中焊接电极（111、112）借助电极驱动器（130）利用电极力压抵工件（121、122）的焊接点（125），并且其中在焊接过程中，焊接电极（111、112）以焊接电流进行通电，其中电极驱动器（130）的至少一个驱动参数被确定，并且其中根据至少一个驱动参数执行对焊接过程的调节和/或监控。

Description

用于对工件进行电阻焊接的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行电阻焊接的方法以及一种控制单元、焊接设备和用于执行方法的计算机程序。

背景技术

借助焊接过程、例如电阻焊接可以使工件材料融合地相互连接。例如在自动化的白车身制造中，通过机器人控制的焊接钳使不同的工件、例如板材借助电阻焊接来相互焊接。

在电阻焊接中，首先在所谓的力构建阶段中，焊接钳的两个焊接电极借助电极驱动器压抵工件的焊接点，直到达到预设的电极力。随后进行实际的焊接过程，在焊接过程中，焊接电极在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电，由此，进行对焊接电极之间的两个待焊接的工件的电阻加热，并且工件被加热，直到达到需要的焊接温度。

发明内容

基于该背景，提出了具有独立权利要求的特征的一种用于对工件进行电阻焊接的方法以及一种控制单元、焊接设备和用于执行方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和随后的描述的主题。

在方法的范围内，焊接电极借助电极驱动器利用电极力压抵工件的焊接点，并且在焊接过程中，焊接电极以焊接电流进行通电。电极驱动器的至少一个驱动参数被确定，并且根据至少一个驱动参数执行对焊接过程的调节和/或监控。

本发明基于如下认识，在调节或控制电极驱动器的范围内被确定的驱动参数此外用于对焊接过程进行调节和/或监控。以常规的方式，在电阻焊接中，大多借助相应的驱动调节设备来调节电极驱动器，并且大多借助单独的独立的焊接控制器独立地调节焊接过程。在焊接过程调节中，通常不能够访问驱动调节的参数。在本发明的范围内现在识别的是，当来自于电极驱动器的调节的驱动参数被考虑到监控或调节焊接过程内时，带来明显的优点。因此，本发明提供使焊接过程和电极驱动器的调节相互关联并且使大多总归对于电极驱动器的调节来说特定的驱动参数与焊接过程的调节或监控相联系的可能性。

尤其是在本发明的范围内识别的是，焊接过程的特性和特殊的事件特殊地影响电极驱动器的驱动参数。因此，通过监控或评估相应的驱动参数可以适宜地推断出：特殊的事件是否在焊接过程期间发生，或者特性如何在焊接过程期间改变。工件和其特性在焊接点上基于焊接过程导致的改变尤其是影响焊接电极在焊接点上的机械性能或机械特性。因此，通过考虑相应的驱动参数尤其是可以推断出焊接过程的质量，尤其是推断出焊接点的点直径和焊接过程的稳定性。

在该关系下，如下参量或参数尤其是理解为驱动参数，其在调节或控制电极驱动器中被确定，以便以预设的方式移动焊接电极并且压抵工件。驱动参数尤其是表征焊接电极的当前的姿势（Lage）或位置或移动。因此，从驱动参数的当前的值或时间曲线可以适宜地推断出焊接电极的当前的姿势，并且由此又推断出工件的特性或焊接过程。因此，驱动参数特别适合于调节或监控焊接过程。因此，工件在焊接点上的热膨胀例如可以导致的是，焊接电极相互分开地移动，这在特定的驱动参数的时间曲线中反映出：从哪些驱动参数可以推断出焊接电极的当前的姿势或位置。

驱动参数因此适宜地可以用作冗余的或附加的用于调节或监控焊接过程的信息，由此，焊接过程有效地和精准地执行，并且焊接过程的更高的质量可以通过改进的焊接过程调节实现。通过评估附加的过程参量（形式为至少一个驱动参数），能够实现对焊接点的质量的精准判断和改进的焊接过程监控。此外，能够实现对焊接过程的改进的调节或监控，而不需要附加的硬件，尤其是不需要附加的传感器。因此，通过避免附加的传感器可以避免提高的成本，更高的故障可能性以及提高的安装和维护费用。

根据本发明的特别有利的实施方式，在对焊接过程的监控中，根据至少一个驱动参数执行对焊接飞溅物的识别。在该关系下，熔化的金属滴理解为焊接飞溅物（Schweißspritzer），金属滴基于在焊接点处或周围施加的热和力的极端强度而爆发（ausbrechen）。这种焊接飞溅物可以负面地影响焊接质量，并且导致污染金属表面，尤其是工件表面和焊接设备本身的表面，例如电极盖。因此重要的是，可以精准识别焊接飞溅物，以便可以克服这种负面影响。

在本发明的范围内识别的是，电极驱动器的特殊的驱动参数示出特别有利的可能性，以便可以识别焊接飞溅物。因为液态的金属通过焊接飞溅物移动离开工件，所以焊接电极在出现焊接飞溅物时进一步移动至工件，并且焊接电极的当前的姿势或位置发生改变。因此，通过评估驱动参量（其表征焊接电极的姿势或位置）可以特别有利地识别焊接飞溅物。当在对焊接过程的监控中识别焊接飞溅物时，此外可以适宜地适配对焊接过程的调节，以便克服相应的负面影响。

为了可以以常规的方式识别焊接飞溅物，大多检查和评估焊接过程调节的电气参量、大多是焊接电极之间的电阻，因为焊接飞溅物的出现导致这种电气参量的时间曲线中的改变。然而，不仅焊接飞溅物，还有其他的干扰也可以与通过焊接飞溅物造成的改变类似地导致电气参量的时间曲线中的改变。以常规的方式大多不一定可以区分这些改变现在是否由焊接飞溅物或由其他的干扰导致。现在，如果识别这些改变，并且因此例如执行对应措施来克服焊接飞溅物，尽管这些改变没有通过焊接飞溅物、而是通过其他的干扰导致，那么对应措施大多不足够用于减小或调节相应的干扰的负面影响。与之不同地，本方法有利地能够实现区分焊接飞溅物和其他的干扰，因为不同的干扰和焊接飞溅物的出现分别个体化地影响电极驱动器的特殊的驱动参数。因此适宜地可以根据是否识别出焊接飞溅物或特殊的干扰来执行个体化的对应措施。

因此有利地，在对焊接过程的监控中，根据至少一个驱动参数执行对干扰的识别。在该关系下，干扰尤其是理解为焊接设备和尤其是焊接电极的可以负面地影响焊接过程的质量的机械影响或情况。不同的干扰尤其是特殊地影响特殊的驱动参数，从而通过评估驱动参数可以识别相应的干扰，并且可以克服相应的负面影响。

这种干扰可以有利地包括边缘焊接，即在工件的边缘区域上的焊接过程，当焊接电极不重合地接触工件时焊接电极的很差的适配，和尤其是当一个或两个焊接电极没有垂直于相应的工件地指向时焊接电极的倾斜位置。

有利地，在对焊接过程的调节中，根据至少一个驱动参数确定至少一个焊接参数。如上面阐述的那样，驱动参数尤其是理解为针对焊接电极的移动和因此尤其是针对焊接电极的机械运行确定的参量或参数。与之不同地，焊接参数适宜地理解为涉及焊接过程本身并且因此尤其是涉及焊接电极的电气运行的参量或参数。特别优选地，根据驱动调节的作为至少一个驱动参数的至少一个实际值确定焊接过程调节的至少一个额定值作为至少一个焊接参数。因此适宜地，在对焊接过程的调节中，可以自动对影响驱动参数的焊接飞溅物和/或干扰做出反应。

优选地，根据至少一个驱动参数确定焊接电流和/或焊接电压和/或电流时间或焊接时间（即焊接电流流动的时间）作为至少一个焊接参数。因此适宜地，焊接电极的通电可以自动适配于焊接飞溅物和/或干扰。

优选地，确定电极驱动器的至少一个控制参量和/或调节参量作为至少一个驱动参数。尤其是确定电极驱动器的实际值和/或额定值作为驱动参数，其在调节电极驱动器中被确定，以便将电极力调节为预设的值。电极驱动器可以尤其是电气的和/或机械的和/或气动的电极驱动器。驱动参数因此例如可以是相应的电气的和/或机械的和/或气动的参量。

有利地，作为至少一个驱动参数确定电极驱动器的姿势实际值，即尤其是一个或两个焊接电极的当前的姿势或位置。姿势实际值在此例如可以相对于焊接点或工件被确定，或者适宜地也相对于焊接设备的参考点被确定，尤其是相对于焊接电极的静止姿势被确定。姿势或姿势实际值尤其是表征电极盖在空间中的位置。此外尤其是仅看到一个轴线，适宜地沿电极的移动方向的轴线，其可以通过打开和关闭电极的驱动器的姿势实际值提供。姿势实际值是特别有利的驱动参数，以便推断出焊接过程的特性和情况，并且尤其是识别焊接飞溅物和干扰。通过焊接过程加热工件例如导致工件的膨胀，由此，焊接电极相互分开地移动，并且姿势实际值尤其减小。因为在焊接飞溅物中，液态的金属从工件去除，这导致的是，焊接电极进一步移动到工件上，并且姿势实际值尤其是得到提高。焊接电极不期望地下沉到焊接池中尤其是导致姿势实际值的提高。

备选地或附加地，有利地确定电极驱动器的转矩实际值作为至少一个驱动参数。电极驱动器的马达、例如伺服马达尤其是将转矩输出至电极驱动器的驱动主轴。由此，与机械参数有关的尤其是一定的力，其实际值适宜地调节为额定值，为此尤其是相应改变转矩实际值。电极力尤其是从该转矩导出的参量。转矩实际值也是特别有利的驱动参数，以便评估焊接过程的特性和情况，并且适宜地识别焊接飞溅物和干扰。不同的干扰和焊接飞溅物分别尤其是导致转矩实际值的幅度的表征的改变，尤其是分别导致以表征的斜率的提升。

备选地或附加地，有利地确定电极驱动器的转矩实际值和/或转速额定值和/或形成转矩的电流作为至少一个驱动参数。这些驱动参数在电气或机电的、包括电机的电极驱动器中尤其是适合的。

备选地或附加地，有利地确定电极驱动器的加速度实际值和/或钳关闭速度作为至少一个驱动参数。从驱动参数可以适宜地推断出焊接电极的移动。

优选地，工件由铝和/或钢制成。工件在此例如可以是薄的板材，其具有尤其是直至1mm的厚度。这种工件的电阻焊接是针对精准焊接过程调节的特别困难的应用情况。通过改进地调节或监控焊接过程，可以改进在这种困难的应用情况下的电阻焊接。

特别有利地，该方法适用于白车身制造、尤其是优选在机动车生产中的白车身制造中的自动化的焊接过程。在此尤其是使板材相互焊接，以便制造机动车的车身。在单一的车身的制造过程中，直至几千个焊接点（例如针对中档车辆的大约5000个焊接点）可以自动化地被加工。通过该方法，各个焊接点可以以尽可能好的品质焊接。

根据本发明的控制单元（计算单元），例如焊接设备的焊接控制器尤其是在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法。控制单元或焊接控制器例如可以构造为SPS（存储器可编程的控制器）、NC（数字控制）或CNC（计算机数字控制）。

根据本发明的用于电阻焊接的焊接设备尤其是具有带有焊接电极的焊接钳和用于移动焊接电极的电极驱动器。此外，焊接设备包括根据本发明的控制单元的优选的设计方案。

根据本发明的方法以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序的形式的实施也是有利的，因为这导致特别小的成本，尤其是当实施的控制设备还用于另外的任务，并且因此总归存在时。适当的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁的、光学的和电气的存储器、例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。程序通过计算机网络（因特网、内网等）的下载也是可能的。

本发明的另外的优点和设计方案由说明书和附图得到。

要理解的是，之前提到的和随后还将阐述的特征可以不仅以分别说明的组合，而且还以其他的组合或单独使用，而不会偏离本发明的范围。

附图说明

本发明借助附图中的实施例示意性地示出，并且随后参考附图详细描述。

图1示意性示出了根据本发明的焊接设备的优选的设计方案，焊接设备设置用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式。

图2作为方框图示意性示出了根据本发明的方法的优选的实施方式。

图3示意性示出了焊接设备的电极驱动器的转矩实际值的时间曲线，转矩实际值在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以被确定。

具体实施方式

图1中示意性示出了用于电阻焊接的焊接设备，并且该焊接设备以100来表示。

焊接设备100可以与工件120通过电阻焊接相互材料融合地连接。尤其地，工件120在白车身制造中相互焊接，其中尤其是制造机动车的车身。在此，例如两个由铝构成的板材121和122作为工件相互焊接。

焊接设备100具有焊接钳110，其具有两个焊接电极111和112。电极驱动器130设置用于移动焊接电极111、112。在图1中，焊接钳110例如作为伺服电气焊接钳示出，其具有构造为伺服马达的电极驱动器130。同样可想到的是，电极驱动器130例如可以构造为电动马达、液压马达或气动马达。

在电阻焊接中，在所谓的力构建阶段期间，焊接电极111和112借助电极驱动器130以电极力在焊接点125上压抵板材121和122。随后，焊接电极111和112在实际的焊接过程期间在焊接时间的持续时间中以焊接电流进行通电，由此实现板材121和122在焊接点125上的电阻加热。

此外，焊接设备100具有控制单元（焊接控制器）140，其例如可以构造为SPS（存储器可编程的控制器）。控制单元140设置用于通过附图标记151示出地调节电极驱动器130，并且此外通过附图标记152示出地调节焊接过程。针对该目的，在控制单元130中执行相应的驱动调节141和相应的焊接过程调节142，其分别可以实施为相应的控制程序或也实施为共同的控制程序。

控制单元140此外尤其是在程序技术上设置用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式，其在图2中示意性地作为方框图示出，并且随后参考图1和2阐述。

在步骤201中，首先进行力构建阶段，在该力构建阶段中，焊接电极111和112借助电极驱动器130在焊接点125上压抵板材121和122，直到达到预设的电极力。

在工作调节中，针对该目的确定电极驱动器130的驱动参数，以便将电极力调节为预设的值。作为驱动参数，例如确定、尤其是周期性地在预设的例如1ms的时间间隔内确定焊接电极111、112的姿势实际值以及电极驱动器130的转矩实际值和和转速实际值。

在步骤202中开始实际的焊接过程和电极111、112的通电。在此，在焊接过程调节中确定或调节焊接参数，尤其是焊接电流和焊接时间。

平行于电极的通电地，在步骤203中此外在周期性的1ms的时间间隔中确定驱动参数姿势实际值、转矩实际值和转速实际值。根据驱动参数，现在执行对焊接过程的监控，尤其是识别焊接飞溅物，并且此外识别另外的干扰。针对该目的在步骤204中评估驱动参数或其时间曲线。例如可以评估姿势实际值的时间曲线以及转矩实际值的时间曲线。

在没有焊接飞溅物并且没有其他的干扰的焊接过程中，姿势实际值和转矩实际值具有典型的、表征的曲线。相反地，如果出现焊接飞溅物或其他的干扰、如边缘焊接，那么这些效应分别表征地影响姿势实际值和转矩实际值的时间曲线，并且以表征的方式改变曲线。

因此，在步骤204中，姿势实际值和转矩实际值的时间曲线被检查基于焊接飞溅物或其他的干扰导致的表征的改变。当不存在这种改变时，在步骤205中识别出不存在焊接飞溅物和其他的干扰。

相反地，当存在这种改变时，根据识别出哪些表征的改变而在步骤206中识别出存在焊接飞溅物或相应的干扰。在该情况下，在焊接过程调节中，尤其是可以使焊接参数通过附图标记207示出地适配于识别的焊接飞溅物或识别的干扰。焊接电流和焊接时间例如可以被适配。焊接过程调节因此尤其是根据特定的驱动参数执行。

在焊接电极111、112的通电结束后，并且在板材121和122在焊接点125上相互焊接后，电极力在步骤208中借助电极驱动器130在所谓的力减小阶段中减小，并且焊接电极111、112又远离板材121和122地移动。

图3示意性示出电极驱动器130的转矩实际值M关于时间t画出的图表300。在图表300中示出转矩实际值M的不同的时间曲线，其可以在根据本发明的方法的优选的实施方式中确定。

曲线310示出了在没有焊接飞溅物并且没有其他的干扰的焊接过程中的转矩实际值的时间曲线。转矩M在该情况下非常稳定地运转。在该情况下的仅稍微的波动的原因在于对焊接物体的加热和冷却。

曲线321和322分别示出在具有焊接飞溅物的焊接过程中的转矩实际值的时间曲线。通过在焊接飞溅物中的材料损耗，焊接钳110重设（nachsetzen），并且因此下沉。这导致力损耗。电极驱动器130对力进行再调节，这得到转矩M的提高。如果力又被调节为额定值，那么转矩M又减小。

曲线331和332又分别示出在具有边缘焊接的焊接过程中的转矩实际值的时间曲线。在这种边缘焊接中，电极111、112随着熔化缓慢地侧向地从工件“滑下”。这导致连续的力损耗。电极驱动器130持续对力进行再调节，这得到转矩M的提高和转矩的恒定地高的值。在根据曲线331的情况中，干扰影响大于在根据曲线332的示例中的干扰影响。

如在图3中看到的那样，曲线310、321、322、331、332明显彼此不同，并且分别具有对于相应的焊接过程来说表征的曲线。

Claims (13)

1.用于对工件（121、122）进行电阻焊接的方法，其中焊接电极（111、112）借助电极驱动器（130）利用电极力压抵（201）所述工件（121、122）的焊接点（125），并且其中在焊接过程中，所述焊接电极（111、112）以焊接电流进行通电（202），

其特征在于，所述电极驱动器（130）的至少一个驱动参数被确定（203），并且根据至少一个驱动参数执行（204、207）对焊接过程的调节和/或监控。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在对焊接过程的监控中，根据至少一个驱动参数执行（204）对焊接飞溅物的识别。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在对焊接过程的监控中，根据至少一个驱动参数执行（204）对干扰的识别。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，识别（204）边缘焊接和/或焊接电极的差的适配和/或焊接电极的倾斜位置作为干扰。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在对焊接过程的调节中，根据至少一个驱动参数确定（207）至少一个焊接参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，焊接电流和/或焊接电压和/或焊接时间作为至少一个焊接参数根据至少一个驱动参数被确定（207）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定（203）所述电极驱动器（130）的至少一个控制参量和/或调节参量作为至少一个驱动参数。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定（203）所述电极驱动器（130）的姿势实际值和/或转矩实际值和/或转速实际值和/或转速额定值和/或形成转矩的电流和/或加速度实际值和/或钳关闭速度作为至少一个驱动参数。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述工件（121、122）由铝和/或钢板材制成。

10.控制单元（140），其设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.焊接设备（100），具有电极驱动器（130）和根据权利要求10所述的控制单元（140）。

12.计算机程序，当所述计算机程序在控制单元（140）上实施时，所述计算机程序促使所述控制单元（140）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

13.机器可读的存储介质，具有存储在其上的根据权利要求12所述的计算机程序。

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